Устройство для определения постоянной времени фотоприемных устройств Советский патент 1989 года по МПК G01J1/44 

1

(2) 4378851/24-25

(22) 16.02.88

(46) 30.10,89. Бюл. К 40

(72) А.Н.Столяров , В.П.Коваленко

и П. А .Таразанов

(53)535.242 (088.8)

(56) ГОСТ 17772-79. Приемники излучения и устройства полупроводниковые фотоэлектрические. Государственный Комитет СССР по стандартам. М.: Изд- во стандартов, 1985, с. 33-35.

Авторское свидетельство СССР N 960548, кл. G 01 J 1/44, 1981 .

(54)УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОСТОЯННОЙ ВРЕМЕНИ ФОТОПРИЕМПЬПС УСТРОЙСТВ

(57) Изобретение относится к фотометрии и .может быть испол)3оиано для автоматизированного определения постоянной времени фотопрпемников и фотоприемных устройств. Цель изоГ11) ння - повышение пропзн1 дито:и ности иэмерепюЧ. По команде с выход;) блока (ачальной установки 8, погтупаюпюй через блок управления излучателем 3, осуществляется вклычение упр-тил s(Mor-o излучатели I (т.е. цикла). В запог-гинающем устро1и гве 15 осуществляется закис и ; paHeiu i уровня напряжения сигнал; ответствующего освещенности, чгздаваемой источником излучения 1 на пр ИС

Изобретение относится к фотометрии и может быть использовано для автоматизированного определения постоянной времени фотоприемников и фотоприемных устройств. Цель изобретения - повышение производительности измерений. По команде с выхода блока начальной установки 8, поступающей через блок управления излучателем 3, осуществляется включение управляемого излучателя 1 (то есть начало первого цикла). В запоминающем устройстве 15 осуществляется запись и хранение уровня напряжения сигнала U_макс, соответствующего освещенности, создаваемой источником излучения 1 на приемной площадке фотоприемника 2, и выделение 0,632 от значения этого сигнала на выходе формирователя напряжения сравнения 5. Во время каждого последующего цикла на выходе устройства сравнения 6 формируется управляющий импульс, соответствующий достижению текущим значением сигнала U(T) фотоприемника 2 значения 0,632 от стационарного (установившегося) значения U_макс фотоприемника 2, а также очередная запись в запоминающее устройство 15 блока 5 сигнала U_макс с выхода фотоприемника 2. Начиная со второго цикла выработка команд включения и выключения управляемого источника 1 осуществляется формирователем команд управления 7 по сигналу с выхода фотоприемника 2. Таким образом, организован автоколебательный процесс включения и выключения потока на оптическом входе фотоприемника 2, при этом включение и выключение управляемого источника 1 адаптировано к постоянной времени фотоприемника 2. Выходной сигнал одновибратора 33 блока 7, соответствующий по времени моменту включения излучателя 1, поступает на первый вход регистратора 9 (таймера) для установления начальной точки отсчета времени. Постоянная времени исследуемого фотоприемника 2 определяется в момент остановки ("Стоп") таймера по команде с выхода устройства сравнения, поступающей на второй вход регистратора 9. 1 ил.

емной плоп1адке фотоприемника 2, и выделение 0,632 от значения этого сигнала на выходе формирователя напряжения сравнен11я 5. Во время каждого по- сл1 дук1щего цикла на выходе устройства сраннения 6 формируется управляющий импульс, соответствующий достижению текущим значением сигнала l (t) фотоприемника 2 значения 0,632 от стацио- нарного (установившегося) значения и МО КС фотоприемника 2, а также очередная запись в запоминающее устройство 15 блока 5 сигнала с выхода фотоприемника 2. Начиная со вто- рого цикла выработки команд включения и выключения управляемого источника 1 осуществляется формирователем команд управления 7 по сигналу ,с выИзобретение относится к фотометрии и предназначено для автоматизированного определения собственной постоянной времени фотоприемников и фотоприемных устройств.

Цель изобретения - повышение про- изводительности измерений.

На чертеже приведена блок-схема устройства.

Устройство содержит тгрявляемый излучатель 1, оптически связанньш с ним блок 2 для попключения исследуемого фотоприемного устройства, блок 3 управления излучателем, выход которого подключен к управляемому излучателю 1, дифференцирующую схему 4, вход которой подключен к выходу блока 2, формирователь 5 сигнала сравнения, блок 6 срав}1ения, формирователь 7 команд управления, блок 8 начальной установки и регистратор 9. При этом вход формирователя 7 подключен к выходу дифференцирующей схемы 4, вход которой объединен с информационным входом формирователя 7 сигнала сравнения и первым входом блока 6 сравне- ния, второй вход которого подключен к выходу блока 5 формирователя сигнала сравнения, управляющий вход которого объедине} с первым входом блока 3 управления излучателем и подключен к первому выходу формирователя 7 команд управления, второй иыход которого подключен к второму входу блока 3 управления излучателем, к первому входу

хода фотоприемника 2. Таким образом, организован автоколебательный про- це.сс включения и выключения потока на оптическом входе фотоприемника 2, при этом включение и выключение управляемого источника 1 адаптировано к постоянной времени фотоприемника 2, Выходной сигнал одновибратора 33 блока 7, соответствующий по времени моменту включения излучателя 1, поступает на первый вход регистратора 9 (таймера) для установления начальной точки отсчета времени. Постоянная времени исследуемого фотоприемника 2 определяется в момент остановки (Стоп таймера по команде с выхода устройства сравнения, поступающей на второй вход регистратора 9. I ил.

регистратора 9 и к третьему входу блока 6 сравнения, выход которого подключен к второму входу регистратора 9. Причем четвертый пход блока 6 сравнения объединен с третьим входом блока 3 управления излучателем и подключен к первому выходу блока 8 начальной установки, второй выход которого подключен к четвертому входу блока 3 управления излучателем.

Блок 3 управления излучателем, в свою очередь, содержит усилитель 10, выход которого служит выходом блока, RS-триггер 11, Q-выход которого подключен к входу усилителя 10, логический элемент 2ИЛИ 12, выход которого подключен к R-входу RS-триггера 1 1 , а первый вход служит третьим входом блока 3, логический элемент 2ИЛИ 13, выход которого подключен к S-входу RS-триггера 11, первый вход которого подключен к второму входу блока 3, а второй - к четвертому входу блока 3, линию задержки 14, вход которой служит первым входом блока 3, а выход подключен к второму входу логического элемента 2Ш1И J2.

Формирователь 5 сигнала сравнения выполнен в виде управляемого аналогового запоминающего устройства 15, содержащего входной аналоговый ключ 16 вход которого является информационным входом формирователя 5, а управляющий вход - управляющим входом формирователя 5, операционный усилитель 17

515

(используемый в качестве преобразователя импеданса) с накопительной емкостью (конденсатор 18) на неинвертирующем входе, подключенном к выходу аналогового ключа 16, инвертирующий вход подключен к выходу усилителя 17, который служит выходом аналогового запоминающего устройства 15, и делителя 19, подключенного входом к выходу ан ало г ово го запоминающего устройства 15, а выходом - к выходу формирователя 5 сигнала сравнения.

Блок 6 сравнения содержит разностный сумматор 20, суммирующий вход которого служит первым входом блока 6, а вычитающий вход - вторым входом блока 6, компаратор 21, неиивертиг ую- щий вход которого подключен к выходу сумматора 20, потенциометр 22, вход KOTopoi o подключен к источнику стабильного напряжения (опорного), а выход - к инвертирующему компаратора 21, логический элемент 2И 23, первый вход которого подключен к выходу компаратора 21 , одновибратор 24 (сраба- тывающш по переднему фронту гзходного импульса), вход которого подключен к выходу логического 211, а шя- ход - к выходу блока 6, одновибратор 25 (срабатывающий по заднему (Ьронту входного импульса), вход которого подключен к выходу одновибратора 24, логический элемент 2ИПИ 26, подключенный первым входом к выходу одно- вибратора 25, второй вход которого служит четвертым входом блока 6, RS-триггер 27, S-вход которого является третьим входом блока 6, R-вход подключен к выходу логического элемента 2ИЛИ 26, а Q-выход подключен к второму входу логического элемента 2Н 23.

Формирователь 7 команд управления содержит компаратор 28, неинвертирующий вход которого подключен к входу блока 7, потенциометр 29, подключенный входом к источнику стабильного напряжения положительной полярности, а выходом - к инвертирующеьту входу компаратора 28, компаратор 30, подключенный инвертир тощим входом к входу блока 7, потенциометр 31, подклю- ченньц входом к источнику стабильного напряжения отрицательной полярности, а выходом - к неинвертирующему входу компаратора 30, одновибраторы 32 и 33, срабатьшающее по заднему фронту входного импульса. Причем вход одно26

вибратора 32 подключен к ных11ду компаратора 28, а выход служит первым выходом блока 7. Вход одновибратора 33 подключен к выходу компаратора 29, а выход является вторым выходом блока 7.

Блок 8 начальной установки включает в себя компараторы 34 и 35, неинвертирующие входы которьк соединены между собой, интегрируюп ,то цепочку 36, вход которой подключен к источнику гп1тания положитель ой полярности, а выход - к неинвертирующим входам

компараторов 34 и 35, потенциометры 37 и 38, подключенные входами к стабильному источнику напряжения положительной полярности, а выходами - к инвертирующим входам комппраторо; 35

и 34 соответственно, одноьиГ ргп ори 39 и 40 (срабатывающие по пб (тедпему фронту входных сигнапоп), подключенные входами к вь ходам компараторов 34 и 35 соответствс нно. Причем выход одноьибратора 40 служит перьь:м выходом блока 8, а выход ;дновибратора 39 - вторым выходом блока 8.

Устройство работает следующим обрРЗОМ.

В MOMeiiT включения питп;п .я ус.тройLTisa КК-триггеры 1 i и 27 ч-1 ачанлиьг,- ются в произвольное по тожг- ие. Нл ин вертирующ1-гх входах компар. п opcMi 34 и 5 устанавливаются напрлчо ия r.orjoгоп

35 , п

3

сраоатывания U, U,j . Конкретные

выбираются при настройке ycijjfu i- ства для обеспечения задержки но. времени выходнь х импульсов однопибрато40 ров 40 и 39, формируе. по Т1ср(дним фронтам сигналов компаратороп по мере нарастания выходного напряжения интегрирующей цепочки 36. Выходной сигнал компаратора 40 устанавливает

4g RS-триггер II в нулевое состояние. Последнее вызывает отключение источника 1 излучения, а также установку RS-триггера 27 в нулевое состояние. При этом уровень О с его выхода

eg блокирует прохождение сигнало через логи ческий элемент 2И 23 и одпояибра- тор 24 на регистратор 9. Устройство находится в начальном состоянии.

Следующий импульс с выхода одии- вибратора 39 проходит через логический элемент 2ИЛИ 13 на S-вход RS- триггера 1 и переводит его в единичное состояние, что вычыплс г

715

включение управляемого источника 1 излучения.

Электрический сигнал с выхода фотоприемника блока 2 через дифферен- цируйщую схему 4 поступарт на входы компараторов 28 и 30 и при превьшении порога срабатьшания компаратора 28 на выходе формируется сигнал 1 (при этом одно ибратор 32 не формирует выходного импульса). Затем, при уменьшении выходного сигнала дифференцирующей схемы А до нормированного значения порога Uj в момент достижения сигнала с выхода фотоприемника блока 2 стационарного значения с заданной точностью, на выходе компаратора 28 формируется сигнал О и одновибратор 32 формирует нмпульс, который проходит через линию 14 задержки и логический элемент 12 на R-вход RS-триггера 11, формируя на его выходе сигнал О. Выходной импульс одновибратора 32 поступает непосредственно на управляющий вход запоминающего устройства 15, открывает аналоговый ключ 16, и выходной сигнал фотоприемника блока 2 запоминается.

Таким образом, по окончании импульса одновибратора 32 в аналоговом запоминающем устройстве 15 хранится сигнал, соответствующий стап онарно- му значению потока излучателя, а на выходе блока 5 - сигнал 0,632 от этого значения. Длительность импульса одновибратора выбирается в соответствии с необходимым временем процесса запоминания выходного сигнала фотоприемника блока 2 в аналоговом запоминающем устройстве 15, а время задержки управляющего импульса с выхода одновибратора 32 линией 14 задержки устанавливается несколько больше времени выходного импульса одновибратора 32, т.е. установка RS- триггера 1 1 в нулевое состояние производится по окончании запоминания стационарного значения установившееся значение, соответствующее освещенности приемной площадки фотоприемника) сигнала фотоприемника блока 2 запоминающим устройством 15.

Выключение источника 1 излучения вызывает изменение электрического сигнала на выходе фотоприемника блока 2 и, соответственно, сигнала с выхода дифференцир тощей схемы 4, При этом на компаратора 30 формируется сшиал 1 в течение времени.

5

0

6828

когда U, . Одновибратор 33 формирует импульс только по заднему фронту сигнала с выхода компаратора 30, т.е. по достижении сигналом на выходе дифференцирующей схемы 4 порогового значения U, , соответствующего моменту достижения сигнала фотоприемника блока 2 стационарного значения с заданной точностью (при выключении источника излучения). Импульс с выхода одновибратора 33, прошедший через логический элемент 21ШИ 13, вновь устанавливает RS-триггер 11 в состояние 1.

Таким образом осуществляется автоколебательный процесс включения и выключения потока на оптическом входе фотоприемника блока 2. При этом время включения адаптировано к постоянной времени исследуемого фотоприемника блока 2.

Выходной сигнал одновибратора 33, соответствующий по времени моменту

5 включения излучателя 1 , поступает ня первый вход pei-истратора 9 (таймера) для установления начальной точки отсчета времени. Постоянная времени исследуемого фотоприемника определяет,. ся по моменту равенства текущего значения сигнала фотоприемника при включении излучателя 1 значению 0,632 от стационарного (установившегося) значения фотоприемника. Для этого выходной сигнал формирователя 5 сигнала сравнения поступает на вычитающий вход сумматора 20, а текущее значение сигнала фотоприемника - на суммирующий вход сумматора 20. S случае превышения выходным сигналом сумматора 20 значения порога компаратора 21 на выходе последнего формируется сигнал 1. Выходной сигнал компаратора 21 через логический элемент 2И 23 поступает на вход одновибратора 24, формирующего по переднему фронту сигнала компаратора 21 импульс, передний фронт которого точно соответствует времени достижения 0,632 от установившегося значения сигнала фотоприем0 ника блока 2.

Таким образом, на регистратор (таймер) 9 поступают два сигнала - начала отсчета (с выхода одновибратора 33) и окончания отсчета (с вы5 хода одновибратора 24).

RS-триггер 27, логический элемент 2ИЛИ 26 и одновибратор 25 обеспечивают блокирование слм пзпя компарато5

0

5

pa 21 в момент включения устройства для исключения ошибочных результатов намерений. Это выполняется установко RS-триггера 27 в нулевое состояние (по Q-выходу) при включении питания устройства импульсом с выхода одно- вибратора АО, поступающим через логический элемент 2ИЛИ 24 на R-вход RS-триггера 27. Прохождение сигнала с выхода компаратора 21 на одновиб- ратор возможно только после установки RS-триггера 27 в единичное состояние импульсом с выхода одновибра- тора 33. При этом по заднему Лронту иь1пульса одновибратора 24 одновибра- тор 25 формирует импупьс, устанавливающий RS-триггер в состояние О.

Таким образом, прохождение сигнала отсчета постоянной времени с выхо да блока 6, формируемого по переднему фронту выходного сигнала компаратора 21, возможно только во время нахождения (Q-выхода) RS-триггера 27 в единичном состоянии, т.е., начиная с момента включения источника излучения и до момента достижения текущего значения 0,632 от установивщегося значения сигнала фотоприемника 2.

Предлагаемое устройство позволяет повысить производительность определения постоянной времени за счет автоматизации определения времени достижения на выходе фотоприемного устройства зdдaннoгo уровня от максимума соответствующего освещенности, создаваемой источником излучения на приемной площадке фотоприем 1ого устройства) при сохранении точности измерений . Дополнительньм достоинством устройства является возможность быстрых многократных повторных измерений постоянной времени исследуемого фотоприемника, каждое из которых осуществляется за время порядка постоянно времени исследуемого фотоприемника.

5

0

5

0

5

0

5

с накоплением гк1лученн(,Х резугигглтон, Что позволяет существенно снизить систематическую погрещн сть ичмеренич постоянной времени.

Формула изобретения

Устройство для определения по- сто янной времени фотоп эиг мных усг- ройств, содерж.чшее управляемый из:гу- чатель , подключеН 1ый к блоку управления излучателем, оптически связанньш с управляемым излучателем блок для подключения фотоприемного устройства, выход которого подключен к входу дифференцирующш схемы, и рег истра- тор, отличающееся тем, что, с целью повыщения 11р(М1чнодитрль- ности измерений, в него пмедены и хзр- миро1 атель сигнала сравнения , блок сравнения, блок начальной установки и формирователь команд упрзвлпния, вход которого подключен к выходу дифференцирующей схемы, вход которой объединен с информационным входом формирователя сигнала сравнения и первым входом блока сравнения, второй вход которого подключен к виходу блока формирователя сигнала сравнения, управляющий вход которого объединен с нервым входом блока управления излучателем и подключен к первому выходу формирователя команд упрэвлрния, второй выход которого подключен к второму входу блока управления излучателем, к первому входу регистратора и к третьему входу блока сравнения, выход которого подключен к второму входу регистратора, причем четвертьй вход блока сравнения объединен с третьим входом блока управления излучателем и подключен к первому выходу блока начальной установки, второй выход которого подключен к четвертому входу блока управления излучателем.